多晶硅中能硅業(yè)探索畢業(yè)論文-資料下載頁(yè)
2025-06-27 15:45本頁(yè)面
【正文】 流帶至硅棒載體表明，使硅棒表明粗糙或夾雜氣泡，這是后工序拉制單晶硅所不希望的。同時(shí)，高溫下來(lái)自材料的沾污也增大。但是，距離過(guò)大，會(huì)影響氣流循環(huán)（氣場(chǎng)）而降低還原效率，并減少爐體有效空間利用率。 還原爐結(jié)構(gòu)示意圖多晶硅氫還原爐，由爐體、底板和上封頭組成，封頭上有冷卻水腔、冷卻出水口和啟動(dòng)裝置法蘭，爐體上有冷卻水腔和冷卻水進(jìn)口，底板上有電極、進(jìn)氣口和排氣口，爐體與底板之間用法蘭連接，其特征在于氫還原爐內(nèi)壁上有一層厚度為23mm的光滑的銀質(zhì)材料。在半導(dǎo)體多晶硅的生產(chǎn)中，必須先在氫還原爐中設(shè)置硅棒，然后采用三氯氫硅或四氯化硅氫還原制得產(chǎn)品多晶硅。目前在半導(dǎo)體材料的生產(chǎn)中，采用的氫還原爐的進(jìn)氣口的截面積為固定截面積。在大產(chǎn)率工藝中，進(jìn)入爐內(nèi)的物料流量要求隨時(shí)間的推移有數(shù)十倍的變化，如果仍然采用固定截面積的進(jìn)氣口則進(jìn)氣口的物料流量線速度也會(huì)有數(shù)十倍的變化，這樣就會(huì)使硅棒直徑和溫度很不均勻。從而影響產(chǎn)率。3．2 SiHCI3氫還原反應(yīng)影響產(chǎn)率的因素3．2． 1氫還原反應(yīng)沉積溫度硅和其他半導(dǎo)體一樣，自氣相往固態(tài)載體上沉積時(shí)都有一最高溫度T最大，當(dāng)反應(yīng)溫度超過(guò)這個(gè)溫度，隨著溫度的升高沉積速度反而下降，各種不同的硅鹵化物有不同的T最大，此外，還有一個(gè)平衡溫度T，高于該溫度才開始反應(yīng)析出硅。一般在反應(yīng)平衡溫度和最大溫度之間，沉積速度隨反應(yīng)溫度增高而增大。溫度\反應(yīng)（41）（42）（43）900℃△F2805619012720K0．3014．20．004271000℃△F66769255K1100℃△F312971715709K1200℃△F608276582147K溫度太高，沉積硅的活性增強(qiáng)發(fā)生硅腐蝕反應(yīng)，生產(chǎn)副產(chǎn)物加多，受到設(shè)備材質(zhì)玷污的可能性增加。實(shí)踐表明，在度范圍內(nèi)，三氯氫硅的熱分解反應(yīng)占優(yōu)勢(shì)；在度范圍內(nèi)三氯氫硅的氫還原占優(yōu)勢(shì)，生產(chǎn)中一般采用度左右進(jìn)行還原反應(yīng)。3．2．2．混合氣配比采用化學(xué)當(dāng)量計(jì)算配比的氫氣進(jìn)行還原時(shí)，產(chǎn)品呈非晶型褐色粉末析出，而且收率很低，這是由于氫氣不足，發(fā)生其他副反應(yīng)的結(jié)果。采用大配比有利于提高硅的實(shí)收率到7080%，目前我公司實(shí)際收率24%左右，主要是因?yàn)榕浔忍?，以熱分解反?yīng)為主，增加了反應(yīng)速度，產(chǎn)生了大量的副產(chǎn)物，降低了硅的實(shí)收率。上圖為：氫氣和三氯氫硅配比與還原反應(yīng)產(chǎn)率圖，縱坐標(biāo)為平均轉(zhuǎn)化率（%）為了提高硅的實(shí)收率，希望抑制反應(yīng)（42）即熱分解反應(yīng)，而使氫還原反應(yīng)占優(yōu)勢(shì)。目前我們混合器配比大約為3：14：1，如果需要提高實(shí)收率可以增加配比，控制還原溫度，這樣還可以降低物耗，減少副產(chǎn)物的產(chǎn)生，但是配比還不能太大，太大的話會(huì)使得氫氣得不到充分利用，造成浪費(fèi)，同時(shí)還增加了尾氣量，增加CDI負(fù)荷。3．2．3．反應(yīng)氣體流量選定合適的氣體配比以及反應(yīng)溫度后，在保證達(dá)到一定沉積速度的條件下，通入還原爐的氣體流量越大，爐子的產(chǎn)量就越高，這是因?yàn)樵龃髿怏w流量后，使得爐內(nèi)物料濃度增加，爐內(nèi)氣體踹動(dòng)程度增加，同時(shí)有效消除灼熱載體表面的氣體邊界層，其結(jié)果將增加反應(yīng)速度使硅的實(shí)收率得到提高。增加太大會(huì)造成原料浪費(fèi)和能耗增加，同時(shí)還有可能出現(xiàn)霧化現(xiàn)象。3．2．在硅棒生長(zhǎng)期間，如果爐內(nèi)溫度比較穩(wěn)定，無(wú)裂棒報(bào)警和電流波動(dòng)情況下，盡可能地延長(zhǎng)反應(yīng)時(shí)間，由于硅棒表面積增加，有利于提高產(chǎn)品沉積速度，降低消耗，提高多晶硅生產(chǎn)效率。3．2．5．硅表面積隨著還原生產(chǎn)過(guò)程的進(jìn)行，所生成的硅不斷沉積在硅棒上，因此硅棒表面積也越來(lái)越大。例如，硅棒總長(zhǎng)為6米左右的還原爐，當(dāng)硅棒最終直徑不同時(shí)，其生產(chǎn)能力不一樣，粗略估計(jì)，大約有如下關(guān)系：硅棒直徑㎜20304050生產(chǎn)能力㎏h80110140170所以，在電器設(shè)備容量及電流足夠大的情況下，盡可能的延長(zhǎng)多晶硅的生產(chǎn)時(shí)間，使其硅棒表面積盡量大，有利用提高生產(chǎn)效率。硅棒的直徑隨時(shí)間成正比增大。在生產(chǎn)中，進(jìn)入還原爐的混合氣體量也要隨硅棒直徑的增大而增大，否則表面積而原料的數(shù)量未隨之增加，硅的沉積速度也無(wú)法增大了，就不可能達(dá)到提高生產(chǎn)率的效果。3．2．6．硅棒電流電壓的關(guān)系 隨著還原過(guò)程的進(jìn)行，硅芯上不斷沉積多晶硅，形成硅棒，隨著硅棒直徑增大，通過(guò)硅棒的電流及電壓也隨之變化，但必須保持硅棒表面溫度的恒定。一般的規(guī)律是，硅棒直徑增大，則電流增大，電壓降低，但消耗的總功率逐步增大，這樣才能得到硅棒表面溫度始終不變的目的。 由于三氯氫硅氫還原的條件比較苛刻，反應(yīng)過(guò)程難以控制，影響反應(yīng)條件的因素比較多，在嚴(yán)格的控制以上各個(gè)因數(shù)的條件下因此整個(gè)反應(yīng)的收率僅僅只有30%。假如每一爐多晶硅的產(chǎn)量為2300Kg，每一爐多晶硅的生產(chǎn)周期為200小時(shí)，由：SiHCl3+H2→Si+HCl 28 可得： 53863Kg則SiHCl3的實(shí)際用量為： MA===179543Kg故可得：qm=== production 1995～2003 , 1995.[18] Rogers L O. Handbook of semiconductor silicon technology [M] . Jersey ,1990 , 33～93.[19] Conventional polysilicon process (Siemens Technology)report , DOE J PL , Nat Tech Inform Center Springfield , 1981 , 208.[20]劉相臣 張秉淑 《化工裝備事故分析與預(yù)防》 王陽(yáng)元 趙寶瑛 [21]《微電子學(xué)叢書多晶硅薄膜及其在集成電路中的應(yīng)用(第二版) 》
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